本发明专利技术公开了硅块、其生产方法、适于实施该方法的透明或不透明熔融硅石的坩埚及其生产方法。在用于生产具有矩形形状的用于硅的晶体生长法中的太阳能坩埚的已知方法中，其包括提供包含内壁的透明或不透明熔融硅石的坩埚基体，提供含有无定形SiO2颗粒的分散体，通过使用该分散体以至少0.1mm的层厚度将含SiO2浆料层施加至至少一部分的内壁上，干燥浆料层从而形成含SiO2颗粒层并使该含SiO2颗粒层热致密化以形成扩散阻挡层。由此开始，为了提供用于生产太阳能坩埚的廉价方法，所述太阳能坩埚使得可能生长高纯度硅块并具有很少的材料损失，本发明专利技术建议所述分散体包含分散液和形成粒度为1μm至50μm的粗粒级和粒度小于100nm的SiO2纳米颗粒的细粒级的无定形SiO2颗粒，其中基于分散体的固体含量，所述SiO2纳米颗粒的重量百分数为2至15wt%，并且仅通过在晶体生长法中加热硅使含SiO2颗粒层热致密化为扩散阻挡层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有单晶或多晶结构的硅块。 此外，本专利技术还涉及以硅的晶体生长法生产这样的硅块的方法，其通过提供具有 包含内壁的透明或不透明熔融硅石的坩埚基体的太阳能坩埚，内壁的至少一部分由含Si02颗粒层覆盖，将硅填入太阳能坩埚，加热硅以使形成硅熔体和将硅熔体冷却结晶并形成硅 块。 此外，本专利技术还涉及具有矩形形状的用于晶体生长法的太阳能坩埚，所述坩埚包 括包含内壁的透明或不透明熔融硅石的坩埚基体和至少部分地覆盖所述内壁的含SiOjl。 此外，本专利技术还涉及用于生产具有矩形形状的用于晶体生长法的太阳能坩埚的方 法，其包括提供包含内壁的透明或不透明熔融硅石的坩埚基体，提供包含无定形Si02颗粒 的分散体，通过使用分散体以至少0.1 mm的层厚度将含Si02衆料层（slip layer)施加至 至少一部分所述内壁上，干燥浆料层以使形成含Si02颗粒层和热致密化含Si02颗粒层以使 形成扩散阻挡层。
技术介绍
根据Bridgman法或Vertical Gradient Freeze (VGF)法，在透明或不透明恪融 硅石的太阳能坩埚中使用于太阳能应用的单晶或多晶硅块熔融。 通常借助于陶瓷衆料法（ceramic slip method)生产这些太阳能i甘埚，并且其具 有多边形的（在最简单情况下，矩形的）坩埚开口。因为成本原因，主要由天然存在的石英 原料生产坩埚。因此，坩埚材料的纯度基本上小于合成生产的透明熔融硅石的纯度。在晶 体生长法中，在坩埚壁内进行至少局部加热至高于1，410°C的温度。坩埚壁内存在的杂质 造成形成方英石的结晶。在冷却期间，称为"方英石跃变（jump)"的结构转变导致坩埚的破 坏，因此所述坩埚仅能使用一次。 冷却期间，硅块比坩埚收缩更多。如果附着至坩埚壁，硅块中可能出现应力和裂 缝。这与Si3N4、SiC等的分离层对抗。 此外，在晶体生长法中金属杂质也被从坩埚壁引入硅中。它们通过体积扩散、表面 扩散或通过从熔融硅石主体蒸发挥发性金属化合物，被引入到即液体硅相中并且也被引入 到结晶固相中。在过去几年中，杂质含量已经不断下降，并且主要杂质铁，其也代表其它金 属杂质，例如Cr或Cu，已经从约100 wt. ppm降至10 wt. ppm。但是铁杂质特别关键，因 为它们损害半导体材料的电子特性，并且特别容易扩散。 因此，在固化的硅块（也称为"锭"）上发现了在外围区Fe总浓度提高的区域。该 浓度通常为1〇14至10 16原子/cm3。在不利情况下，外围区表示显著提高了太阳能电池制造 成本的材料损失（注：文献通常仅给出间隙地溶入硅晶格的铁的浓度数据，但是以上数据 表示铁的总浓度）。 可以从外围区域中恶化的电性能推断出污染。在通过少数载流子电荷载流子寿命 (LTDL)的测量中，不良的区域（bad region)显示为红色，因此也称为"红色区"。借助于光 致发光测量（PL)，在被处理的电池中检测到具有降低的电力电池效率的外围区域，并且该 区域作为深色区域可见。 为了降低来自坩埚壁的杂质的引入，坩埚内壁具有扩散阻挡。许多方法对此是已 知的。 例如在DE 10 2011 082 628 A1中建议坩埚的底部和侧壁应该用厚度例如为1 mm 的高纯度透明熔融硅石的插板形式的扩散阻挡覆盖。可以在具有Si3N4层的内部上另外提 供所述透明熔融硅石板以简化硅块的移除。 必须密封的开缝保留在各个板和外围区域之间。由于坩埚的不规则和填充硅后的 点载荷，板存在破裂的高风险。不明确的热转变起因于不同的支撑间隙宽度。此外，高纯度 透明熔融硅石板非常昂贵。高材料成本和安装耗力使得制造方法昂贵，特别是对具有大于 〇. 5 m的宽度和0.25 m及更大的壁高的大容积坩埚的规定。 EP 0 949 358 A1建议了用于生产坩埚的方法，其中提供坩埚内壁形式的蜡芯 (wax core)，并且通过浸渍将浆料层施加至此，所述层包含粒度为40 μ m的细粒Si02颗粒 以及胶体Si02。粒度为约150 μ m的高纯度细熔融硅砂被喷洒添加至浆料层上。重复浸渍 和喷洒直至达到3 mm的层厚度。在重复浸入浆料之后，喷洒粒度为500 μπι至1500 μπι 的低纯度粗熔融硅砂。还将重复该过程直至达到8 mm的层厚度。在蜡芯熔化之后，将由此 产生的由内层和外层组成的复合层（layer composite)在800°C的温度下烘烤2小时。在 晶体生长法中，仅是内层与硅接触，在冷却时附着于硅块并从外层脱层。由此避免硅块中机 械应力的形成。 从W0 2005/106084 A1也已知类似方法。其描述了太阳能坩埚基体的底部和内壁 的涂层，所述涂层具有包含不同尺寸的Si02颗粒的含水浆料。SiOji具有至多500 μπι的 厚度并充当中间层。表层同样由Si3N4组成。故意保持低的Si02中间层对基体的附着性， 使得冷却期间该中间层脱层并且硅块保持未损坏并尽可能保持免于应力。通过对所述层赋 予一定孔隙率产生中间层的低附着性。 US 5, 053, 359 A描述了高纯度无定形5102粉末的烧结坩埚，其中已经添加了氧 化铝形式的结晶促进剂作为掺杂剂。添加氧化铝影响熔炼过程期间坩埚壁的结晶。对于在 电弧法中玻璃状熔炼的熔融硅石坩埚，添加结晶促进剂还描述在例如W0 2007/063996 A1 中。晶体形成主要用于提高温度稳定性。还应注意的是由此可以降低由坩埚壁产生的污染。 DE 10 2009 049 032 B3描述了通过在表面上喷涂含Si02|料来生产石英玻璃涂 覆的组件-例如坩埚的方法。所述浆料包含碎片的和球形的无定形Si02颗粒，并且其包含 0. 2至10 wt%重量分数的3;[02纳米颗粒。所述颗粒由至少99. 99 wt%的Si02组成。方英 石含量不大于0.1 wt%。在通过喷涂涂覆垂直和倾斜表面的粘性流方面优化浆料组成。 专利技术目的 最后提及的专利涉及用于根据Czochralski法的拉晶过程的熔融硅石坩埚。其中使用 的坩埚是旋转-对称的，并且在电弧法中熔融。在生产基体之后，通常在另外的步骤中将高 纯度Si〇d9薄内层热施加至内部，以改善表面质量。但是，由于它们的多边形内横截面，电 弧熔炼法不适用于太阳能坩埚。 太阳能坩埚通常通过在烧结炉中烧结来固化。但是，在在烧结过程中，存在用于使 坩埚壁致密化的烧结过程和可能的结晶过程彼此重叠的风险，由此随着残余孔隙率保留在 结构中，阻碍了坩埚壁的致密化，。然而，在多孔结构的情况下，杂质可以特别容易地进入熔 化材料中。 这些问题基本上也在烧结由使用根据上述现有技术的颗粒状起始原料产生的扩 散阻挡层期间出现，特别是如果仅在晶体生长法期间热致密化这些层；因此，必须确保不仅 建立足够致密的层，而且在加热阶段和早期熔炼阶段期间，从坩埚壁进入熔体的杂质量尽 可能小。 这些条件并不容易满足，所以来自硅块的外围区域的电池通常仍显示深色电池边 缘（cell edge)，即当通过光致发光测量使得所述边缘可见时，具有降低的效率的区域。 因此，本专利技术的目的是提供尚纯度娃块和表明具有低材料损失的允许廉价地制造 这样的硅块的方法。 此外，本专利技术的目的是提供可靠地满足该要求的太阳能坩埚。 此外，本专利技术的目的是提供生产这样的本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于生产具有矩形形状的用于硅的晶体生长法中的太阳能坩埚的方法，其包括提供包含内壁的透明或不透明熔融硅石的坩埚基体，提供含有无定形SiO2 颗粒的分散体，通过使用所述分散体以至少0.1 mm的层厚度将含SiO2 浆料层施加至至少一部分内壁上，干燥所述浆料层以使形成含SiO2颗粒层并且使所述含SiO2颗粒层热致密化从而形成扩散阻挡层，其特征在于：(a) 所述分散体含有分散液和形成粒度为1 μm至50 μm的粗粒级和粒度小于100 nm的SiO2纳米颗粒的细粒级的无定形SiO2颗粒，其中基于所述分散体的固体含量，所述SiO2纳米颗粒的重量百分数为2至15 wt%，(b) 和通过在所述晶体生长法中加热硅，使含SiO2颗粒层热致密化为扩散阻挡层。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：C申克，G沙伊希，NC尼尔森，W莱曼，B弗罗伊登贝格，K达德齐斯，S纳多尔尼，F沃尔尼，G菲舍尔，
申请(专利权)人：赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。